火電廠循環(huán)冷卻水處理方案的選擇
在循環(huán)水水質較差的大容量火電廠中，循環(huán)冷卻水排污量大；當除灰系統(tǒng)為干式除灰時，大量的循環(huán)冷卻水排污水就無法重復利用。為了減少循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的排污量，節(jié)約用水，就需適當提高循環(huán)水的濃縮倍率。但如果補充水水質較差，又要求循環(huán)水高濃縮倍數運行，就必須對循環(huán)水的補充水進行處理。目前，處理方法多種多樣，各有利弊。根據詳細的技術經濟比較結論看，在循環(huán)水水質較差，即HCO32-、Ca2+、SO42-都較高的大容量火電廠中，循環(huán)水補充水宜選用“部分弱酸樹脂和穩(wěn)定劑聯合處理系統(tǒng)”。
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現以一個2×2023t/h 鍋爐和2×600MW 凝汽式汽輪發(fā)電機組（正壓氣力除灰）的設計水量和水質為例，通過計算和經濟技術比較予以說明。
1 循環(huán)水設計水量及其給水水質
1.1 循環(huán)水設計水量
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1.2 循環(huán)水補給水設計水質
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2 設計方案的選擇
該系統(tǒng)除灰采用干式除灰，循環(huán)水排污水的重復利用率很低，為了節(jié)水節(jié)能，要求循環(huán)水在高濃縮倍率下運行。
當濃縮倍率為5倍時，計算的循環(huán)水的郎格利爾飽和指數為3.74、雷茲納穩(wěn)定指數為1.58。可以判斷出循環(huán)水處于嚴重的結垢狀態(tài)。因此，必須對循環(huán)水補充水進行適當的處理，才能使凝汽器處于良好的運行狀態(tài)。
2.1 常用防垢方法
① 單純加硫酸處理：在循環(huán)水補充水中加入H2SO4，利用H2SO4中和水中堿度的方法來保證循環(huán)水的穩(wěn)定運行。
② 加硫酸和穩(wěn)定劑處理：先在循環(huán)水補充水中加入一定量的H2SO4，使補充水的堿度降到一定程度，再利用加水質穩(wěn)定劑來保證循環(huán)水穩(wěn)定運行。
③ 石灰處理：向澄清池中投加石灰乳，使水中的堿度和碳酸鹽硬度降低，不產生CaCO3結垢。
④ 全部弱酸樹脂處理：利用弱酸陽離子交換樹脂除去水中碳酸鹽硬度和部分堿度。使循環(huán)水中的硬度和堿度降低。再用緩蝕劑來防止循環(huán)水系統(tǒng)的腐蝕。
⑤部分弱酸樹脂處理：將一部分補充水采用弱酸樹脂處理，加入穩(wěn)定劑進行穩(wěn)定處理，以保證循環(huán)水中的碳酸鹽不結垢。該方法也叫“部分弱酸樹脂和穩(wěn)定劑聯合處理系統(tǒng)”。
2.2 常用防垢方法的比較
對于方法①②，由于大多數工程的冷卻塔環(huán)境類別屬于Ⅰ類，允許循環(huán)水中的SO42-含量到500mg/L，超過時就會對其混凝土產生中等腐蝕。該系統(tǒng)一般宜控制循環(huán)水中SO42-含量小于1500mg/L。補給水中SO42-含量為108.0mg/L，經計算，如果采用方法①和②，循環(huán)水中SO42-含量將大于1500mg/L，補給水SO42-含量高的系統(tǒng)不適合采用“加酸處理”方案。
對于方案③，由于系統(tǒng)復雜，運行環(huán)境差，管道容易堵塞，計量系統(tǒng)自動化較難實現。因此，明顯不適合運行人員少、自動化水平高的大容量機組采用。
因此，經濟可行的處理方案只有④全部弱酸樹脂處理系統(tǒng)，⑤部分弱酸樹脂處理系統(tǒng)。
3 弱酸樹脂處理方案的確定
3.1 全部弱酸樹脂處理系統(tǒng)
3.1.1 對水質的適用性
根據有關資料[2]詳細計算后知，控制弱酸樹脂交換器平均出水鈣離子含量為0.670mmo歟疞時，平均堿度為0.17mmol/L。如以這樣的出水水質做循環(huán)水補充水，當循環(huán)水濃縮倍率為5時，循環(huán)水朗格利爾指數為0，雷茲納指數為7.7。這說明循環(huán)水的碳酸鹽是處于穩(wěn)定狀態(tài)。
當弱酸離子交換器平均出水堿度為0.17 mmol/L，據有關資料計算后知，雙流弱酸床如上層樹脂裝填高度為1000，下層樹脂裝填高度為1300，上層樹脂工作交換容量就為2000 mol/m3（D113樹脂）。
關鍵的問題是，在實際運行中，要想使循環(huán)水處于既不結垢、又不腐蝕的狀態(tài)是比較困難的。這可以從郎格利爾指數和雷茲納飽和指數的控制上看出這一點。理論上郎格利爾指數為0，雷茲納指數為6.0時，循環(huán)水處于既不結垢也不腐蝕的狀態(tài)，但是兩指數很難同時達到上述條件。另外，全部弱酸處理水中[HCO3-]/｛[Cl-]＋[SO42-]｝（以mg/L計）的比值變得遠遠小于1，這很不利于點蝕的控制。因此，如果采用全部弱酸處理水作為循環(huán)水補給水，就應輔以加緩蝕劑處理，以控制腐蝕。特別是在機組啟動初期，循環(huán)水濃縮倍率較低時，加緩蝕劑至關重要。
綜上所述，循環(huán)水補充水采用全部弱酸樹脂處理水，技術上是可行的，只要控制系統(tǒng)在合適的出水水質范圍內，再輔以普遍采用的緩蝕劑處理來消除腐蝕問題，就能保證循環(huán)水處于穩(wěn)定的運行狀態(tài)。
3.1.2 優(yōu)缺點比較
采用全軟化處理的優(yōu)點是在除去水中堿度的同時也除去了水中部分硬度，從根本上解決了結垢問題。系統(tǒng)簡單、運行條件好、易于實現自動化操作和控制。缺點是基建投資大、運行費用高、占地面積大？刂撇缓靡装l(fā)生腐蝕。廢水排放量大，約為172t/h，使廢水處理系統(tǒng)負擔增加、費用增大。
3.2 部分弱酸樹脂處理系統(tǒng)
3.2.1 對水質的適用性
依據水質資料及其它有關資料。經詳細計算后得知，如將60%的弱酸樹脂處理水與40%的生水混合，其混合后的水質見表3。如以此水作循環(huán)水補充水，循環(huán)水的郎格利爾指數為2.37，雷茲納指數為3.81，pH值為8.5，碳酸鹽硬度為8.3mmol/L。從指數上看，該水結垢較嚴重，但目前電站循環(huán)水中應用的穩(wěn)定劑能夠將循環(huán)水中的碳酸鹽硬度穩(wěn)定9mmol/L以上。因此，只要加入合適的穩(wěn)定劑，就能使循環(huán)水既不結垢、也不腐蝕，處于良好的運行狀態(tài)。
另外，該處理方案對循環(huán)水的結垢和腐蝕平衡的要求，不象全部弱酸處理時那么苛刻——必須控制循環(huán)水的郎格利爾指數為0。一般設計控制郎格利爾指數為2.5，實際上不結垢的條件要比2.5高一些，因而水質允許在一定范圍內波動。另外，點蝕指標[HCO3-]/｛[Cl-]＋[SO42-]｝（比全部弱酸處理時大很多，這對控制點蝕很有利。
3.2.2 優(yōu)缺點比較
采用部分軟化處理的優(yōu)點是系統(tǒng)運行條件好，易于實現自動化。投資和占地面積較之全部弱酸處理系統(tǒng)減少了近20%，運行費用也減少34%左右運行時水質容易控制，安全可靠，廢水排放量小，缺點是較之全部弱酸處理來說，運行操作復雜一點。
3.3 兩種方案的經濟比較
兩種方案的主要經濟指標見表4。
4 結束語
綜合前面的分析、技術及經濟比較，可以看出，在補充水的HCO32- 、Ca2+ 、SO42-都較高的大容量火電廠中的循環(huán)冷卻水處理設計中，補充水處理方法宜選用“部分弱酸樹脂和穩(wěn)定劑聯合處理系統(tǒng)”。該處理方法具有運行濃縮倍率高，排污量小，運行容易控制，安全可靠；廢水排放量小，投資和運行費用都低的特點。
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